Kata magnesium berasal dari kata Yunani “Magnesia”, …digilib.unila.ac.id/16301/111/BAB...

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A. Magnesium dan Kegunaannya

Kata magnesium berasal dari kata Yunani “Magnesia”, sebuah distrik Thesally.

Tahun 1618 seorang petani di Epsom (Inggris) menemukan sebuah sumur yang

didalamnya terdapat sebuah air. Kemudian pada tahun 1755, Sir Humprey

Davy menemukan magnesium dalam air tersebut dan kemudian air tersebut

dinamakan magnesium sulfat. Tahun 1808 Davy mengisolasi magnesium

sulfat yang dielektrolisis magnesium oksida dan merkuri oksida. Namun logam

magnesium baru bisa dipisahkan dari senyawa tersebut pada tahun 1829.

Kemudian sampai tahun 1918, logam magnesium banyak diproduksi untuk

keperluan pembuatan lampu kilat dalam fotografi dan dalam piroteknik. Pada

tahun 1930 logam magnesium dapat diproduksi untuk pembuatan produk cor.

Paduan logam magnesium sangat kuat namun beratnya ringan sehingga logam

magnesium digunakan untuk industri pesawat terbang dalam perang dunia II

dan sesudahnya (Padmanaban, 2011).

Magnesium merupakan unsur kimia yang memiliki simbol Mg dengan nomor

atom 12 serta berat atom 24,31 gr/mol. Magnesium merupakan salah satu unsur

8

yang paling luas penyebarannya dan penyusun 2% dari kerak bumi serta

merupakan unsur terlarut ketiga terbanyak pada air laut. Ditinjau dari segi sifat,

magnesium merupakan logam yang memiliki sifat yang dapat ditempa menjadi

lembaran, ditarik menjadi kawat dan ekstruksi menjadi batangan dengan

bermacam – macam penampang. Dari segi resistansi korosi, magnesium

memiliki tingkat ketahanan korosi yang tinggi, sehingga magnesium dapat

digunakan untuk pelindung pipa yang berada dalam tanah yang mudah

mengalami korosi. Sifat – sifat yang kurang pada magnesium murni diperbaiki

dengen memberi paduan unsur – unsur tertentu. Hal ini akan meningkatkan

daya guna dari magnesium sebagai material dalam pembuatan suatu produk.

Penggunaan paduan magnesium dalam kehidupan sehari – hari cukup luas

mulai dari sebagai pelapis tungku hingga konstruksi pesawat terbang

(Padmanaban, 2011).

Senyawa magnesium memiliki kegunaan, berikut ini adalah kegunaan dari

magnesium :

1. Kegunaan dalam bidang kesehatan.

Pada tabel di bawah ini merupakan kegunaan magnesium dalam bidang

kesehatan.

Tabel 2.1 Kegunaan magnesium dalam bidang kesehatan

Senyawa Kegunaan

Magnesium

Hidroksida

(Mg(OH)2)

Digunakan dalam pasta gigi untuk mengurangi asam

yang terdapat dalam mulut dan mencegah terjadi

kerusakan gigi, pencegah Maag.

(Padmanaban, 2011)

9

2. Bidang Industri.


industri.

Tabel 2.2 Kegunaan magnesium dalam bidang industri

Senyawa Kegunaan

Magnesium Oksida

(MgO(s))

Bahan refraktori untuk menghasilkan besi, kaca,

pelapis tungku, insulator listrik di kabel yang

tahan api

Magnesium Sulfit Pembuat kertas (proses sulfit)

(Padmanaban, 2011)

3. Bidang Olahraga.


olahraga.

Tabel 2.3 Kegunaan magnesium dalam bidang olahraga

Senyawa Kegunaan

Magnesium Karbonat Meningkatkan pegangan pada alat senam,

mengangkat bar dan memanjat bebatuan.

(Padmanaban, 2011)

10

B. Sifat – sifat magnesium

Magnesium memiliki sifat – sifat diantaranya sebagai berikut :

1. Sifat Fisik

Magnesium merupakan logam paling ringan yang digunakan dalam

aplikasi teknik material. Massa jenis magnesium sebesar 1,74 gr/cm3, lebih

kecil dari pada massa jenis yang dimiliki alumunium.

Tabel 2.4 Sifat – sifat logam magnesium

Sifat Keterangan

Konfigurasi Elektron [Ne]3 S2

Massa Atom 24,3050 gr/mol

Densitas 1,74 gr/cm3(200C)

Titik Lebur 6500C (11930F)

Titik Didih 11070C (20240F)

Kalor Peleburan 8,48 KJ/mol

Kalor Penguapan 128 KJ/mol

Kapasitas Kalor 24,869 J/mol K (pada 250C)

Elektronegativitas 1,31 (skala pauling)

Jari – jari Atom 150 pm

Kapasitas Panas 1,01 J/Gk

Konduktivitas Kalor 156 W/mK (pada 270C)

Daya Hambat Listrik 4,46 mikrom

Modulus Young 45 Gpa

11

Modulus Elastisitas 6,25 106 psi

Modulus Geser 17 Gpa

Kekuatan Tarik 10 N/mm2 (magnesium murni)

Kekerasan 33 Brinel (500 kg.Load, 10 mm. Ball)

(sumber : Andriansyah, 2013)

2. Sifat Kimia

Magnesium dapat bereaksi kimia, salah satunya bereaksi dengan air. Bila

magnesium bereaksi dengan air maka akan menghasilkan larutan yang

bersifat basa serta adanya pembebasan gas hidrogen.

Mg(s) + 2H2O(l) Mg(OH)2(aq) + H2(g)

3. Sifat Mekanik

Rapat massa magnesium adalah 1,738 gr/cm3. Magnesium murni memiliki

kekuatan tarik sebesar 110 N/mm2 dalam bentuk hasil pengecoran (casting)

(Yunus, 2012).

C. Magnesium dan Aplikasinya

Magnesium (Mg) adalah logam teknik ringan yang ada dan memiliki

karakteristik meredam geteran yang baik. Paduan ini digunakan dalam aplikasi

struktural dan non-struktural dimana berat sangat diutamakan. Magnesium

juga merupakan unsur paduan dalam berbagai jenis logam nonferro. Paduan

magnesium khusus digunakan di dalam pesawat terbang dan komponen rudal,

12

peralatan penanganan material, perkakas listrik portabel, tangga, koper, sepeda,

barang olahraga dan komponen ringan umum. Paduan ini tersedia sebagai

produk cor/tuang (seperti bingkai kamera) atau sebagai produk tempa (seperti

konstruksi dan bentuk balok/batangan, benda tempa, gulungan dan lembar

plat). Paduan magnesium juga digunakan dalam percetakan dan mesin tekstil

untuk meminimalkan gaya inersia dalam komponen berkecepatan tinggi.

Karena tidak cukup kuat dalam bentuk yang murni, magnesium dipadukan

dengan berbagai elemen untuk mendapatkan sifat khusus terntentu, terutama

kekuatan untuk rasio berat yang tinggi.

Berbagai paduan magnesium memiliki pengecoran, pembentukan, dan

karakteristik pemesinan yang baik. Karena magnesium mengoksidasi dengan

cepat (pyrophpric), ada resiko/bahay kebakaran, dan tindakan pencegahan

yang harus diambil ketika proses pemesinan, grinding, atau pengecoran pasir

magnesium. Meskipun demikian produk yang terbuat dari magnesium dan

paduannya tidak menimbulkan bahaya kebakaran selama penggunaannya

normal. Sifat – sifat mekanik magnesium terutama memiliki kekuatan tarik

yang sangat rendah. Oleh karena itu magnesium murni tidak dibuat dalam

teknik. Paduan magnesium memiliki sifat – sifat mekanik yang lebih baik serta

banyak digunakan unsur – unsur paduan dasar magnesium adalah alumunium,

seng dan mangan (Lukman, 2008). Penambahan Al di atas 11% meningkatkan

kekerasan, kuat tarik dan fluidity (keenceran). Penambahan seng meningkatkan

ductility (pernpanjangan relatif) dan castability (mampu tuang). Penambahan

0,1 – 0,5% meningkatkan ketahanan korosi. Penambahan sedikit cerium,

zirconium dan beryllium dapat membuat struktur butir yang halus dan

13

meningkatkan ductility dan tahan oksidasi pada peningkatan suhu. Berdasarkan

hasil analisis terhadap diagram keseimbangan paduan antara magnesium –

alumunium dan magnesium zincum, mengindikasikan bahwa larutan padat dari

magnesium – alumunium maupun magnesium zincum dapat meningkat sesuai

dengan peningkatan temperaturnya dimana masing – masing berada pada kadar

yang sesuai sehingga dapat “strengthening-heat treatment” melalui metoda

pengendapan. Hanya sedikit kadar “rate metall” (logam langka) dapat

memberikan pengaruh yang sama kecuali pada silver yang sedikit membantu

termasuk pada berbagai jenis logam paduan lain melalui ”ageing” (Lukman,

2008).

1. Magnesium paduan tempa (wrought alloy)

Magnesium paduan tempa dikelompokkan menurut kadar serta jenis unsur

paduannya yaitu (Lukman, 2008) :

a. Magnesium dengan 1,5% Manganese.

b. Paduan dengan Alumunium, Seng serta Manganese.

c. Paduan dengan zirconium (paduan jenis mengandung kadar seng yang

tinggi sehingga dapat dilakukan proses perlakuan panas).

d. Paduan dengan seng, zirconium dan thorium (ceep resisting-alloys).

2. Penandaan paduan magnesium

Paduan magnesium dapat ditetapkan sebagai berikut (Lukman, 2008) ;

a. Satu dan dua huruf awalan, menunjukkan elemen paduan utama.

b. Dua atau tiga angka, menunjukkan persentase unsur paduan utama

dan dibulatkan ke desimal terdekat.

14

c. Huruf abjad (kecuali I dan O) menunjukkan standar paduan dengan

variasi kecil dalam komposisi.

d. Simbol untuk sifat material, mengikuti sistem yang digunakan untuk

paduan alumunium.

3. Magnesium paduan Cor (cast alloy)

Paduan ini dapat dikelompokkan ke dalam ;

a. Paduan dengan alumunium, zincu dan manganese. Paduan cor ini

merupakan paduan yang bersifat “heat treatable-alloys”.

b. Paduan dengan zirconium, zincum dan thorium, paduan dengan unsur

zirconium dan thorium merupakan paduan cor yang bersifat heat

treatable dan creep resisting.

c. Paduan dengan zirconium dengan rare earth metall serta silver

merupakan paduan cor yang dapat di heat treatment (digilib.its.ac.id).

D. Struktur Mikro Magnesium dan Diagram Fasa Magnesium

Sama dengan halnya material yang lain, magnesium memiliki diagram fasa dan

struktur mikro.

1. Struktur mikro material terbagi atas :

a. Atom

Merupakan suatu unsur tekecil dari material yang tidak dapat dibagi

lagi dengan reaksi kimia biasa.

15

b. Sel satuan

Merupakan susunan dari beberapa atom yang teratur dan mempunyai

pola yang berulang. Sel satuan terdiri dari kubus (BCC, FCC dan HCP),

hexagonal, tetragonal, triklin, monoklin dan sebagainya. Adapun sel

satuan yang berbentuk kubus antara lain :

i. BCC (Body Centered Cubus)

Adanya pemusatan satu atom di tengah – tengah kubus.

Jumlah atom (n) = (1/8) x 8 + 1 = 2

4R = a√3

a = (4/√3)R

ii. FCC (Face Centered Cubus)

Adanya pemusatan satu atom di setiap sisi kubus.

Jumlah atom (n) = 1/8 x (8) + ½ x (6) = 4

4R = a√2

a = 4/√2 x R

iii. HCP (Hexagonal Centered Cubus)

Jumlah atom (n) = (3 x 1) + (12 x 1/6) +(2 x ½) = 6

Tinggi = 1,633 a

Luas alas = 6 x Luas segitiga

= 6 x (1/2 a x a sin 60)

= 3a2 sin 60

Volume sel satuan = a x t

= 3a2 sin 60 x 1,633 a

= 4,24 a3 ; a = 2R

16

= 4,24 (2R)3

= 33,94 R3

c. Butir

Merupakan kumpulan dari sel satuan yang memiliki arah dan orientasi

sama dalam 2 dimensi.

d. Kristal

Merupakan kumpulan dari sel satuan yang memiliki arah dan orientasi

sama dalam 3 dimensi.

Gambar di bawah ini merupakan gambar struktur mikro Magnesium AZ31.

Gambar 2.1 Struktur mikro Magnesium : a) Magnesium AZ31, b) Temperatur

2500C, c) Temperatur 3000C, d) Temperatur 3500C.

Sumber : Skubisz, Piotr Tadeusz Skowronek, Jan Sinczak. Microstructure of Magnesium

Alloy AZ31 After Low-Speed Extrusion. Mettalurgy and Foundry Engineering –

Vol 33, 2007, No 2. AGH University of Science and Technology, Cracow, Poland.

17

Gambar 2.1 merupakan gambar struktur mikro magnesium AZ31. Pada gambar

2.1a – d menunjukkan ketidak samaan dari struktur mikro biasanya ketidak

samaan ditunjukkan dengan ukuran butir. Pada gambar 2.1a merupakan

struktur mikro magnesium AZ31 yang belum diberi perlakuan panas. Pada

gambar 2.1b merupakan gambar struktur mikro magnesium AZ31 yang telah

diberi perlakuan panas dengan temperatur 2500C. Pada struktur mikro

magnesium AZ31 dengan temperatur 2500C terdapat 2 jenis area yang dapat

dibedakan, diantaranya yaitu : butiran halus dan zona yang berpotongan pada

butiran kasar. Pada gambar 2.1c dan 2.1d merupakan gambar struktur mikro

magnesium AZ31 dengan temperatur 3000C dan 3500C. Pada temperatur

3000C dan 3500C, struktur butir terdiri dari equaxial butir dalam ukuran yang

seragam (Skubisz dkk, 2007).

2. Pada sistem biner dari Mg-Al yang paling umum digunakan dari dahulu

adalah paduan tuangan.

Gambar 2.2 Diagram fasa Mg-Al.

Sumber : B. Trevor, Abbott dan Mark A. Easton. 2004. Designing With Magnesium : Alloys,

Properties, and Casting Processes. Monash University, Clayton, Victoria,

Australia.

18

Pada gambar 2.2 di atas merupakan diagram fasa dari Mg-Al, larutan

maksimum dari magnesium dengan alumunium berkisar 2,1% wt% hingga

12,6% wt% dalam suhu 250C. Suhu eutektik pada diagram fasa Mg-Al

terdapat pada suhu 4370C dengan komposisi eutektik 32,3% wt% dan

eutektik berada diantara α-Mg dan fasa β, yang mana fasanya adalah

Mg17Al12.

E. Perlakuan Panas Secara Umum

Perlakuan panas secara umum merupakan proses pemanasan dan pendinginan

dengan waktu tertentu pada logam dan paduannya untuk mendapatkan sifat –

sifat yang diinginkan. Sifat mekanik dari logam sangat tergantung dengan

bentuk struktur mikronya. Sedangkan struktur mikro dapat berubah dengan

melalui proses perlakuan panas. Tujuan utama dari proses perlakuan panas

pada logam adalah agar diperoleh struktur yang diinginkan agar sesuai dengan

penggunaan yang direncanakan. Struktur tersebut dapat diperkirakan dengan

cara menerapkan proses perlakuan panas yang spesifik. Struktur yang

diperoleh merupakan hasil dari proses transformasi dari kondisi awalnya.

Perlakuan panas pada besi tuang juga akan mempengaruhi struktur mikro dan

sifat mekanis besi tuang modular. Ada beberapa macam perlakuan panas

tersebut (Rundman, 1989), yaitu :

1. Stress reliving, yaitu perlakuan panas pada temperatur rendah, yang

bertujuan untuk mengurangi atau membebaskan Internal Stress yang ada

pada akibat penuangan.

19

2. Annealing, yaitu perlakuan panas yang bertujuan untuk meningkatkan

keuletan dan ketangguhan (tahan kejut), untuk mengurangi kekerasan dan

mengurangi karbida – karbida.

3. Normalizing, yaitu perlakuan panas yang bertujuan untuk meningkatkan

kekuatan dengan sejumlah sifat ulet.

4. Hardening dan Tempering, yaitu perlakuan pansa yang bertujuan untuk

meningkatkan kekerasan atau untuk meningkatkan kekuatan dan

membesarkan rasio tegangan.

5. Austempering, yaitu perlakuan panas yang bertujuan untuk menghasilkan

suatu mikrostruktur dari kekuatan yang tinggi dengan sejumlah keuletan

dan tahan aus yang baik.

6. Surface Hardening, yaitu perlakuan panas yang dilakukan dengan cara

induksi nyala api atau laser yang bertujuan untuk menghasilkan suatu

permukaan yang keras dan tahan aus.

F. Proses Pemesinan

Proses pemesinan atau machining (Diktat Lab Sistem Manufaktur, 2005)

adalah terminologi umum yang digunakan untuk mendeskripsikan sebuah

proses penghilangan material. Proses pemesinan dibagi menjadi dua yakni :

1. Traditional Machining : turning, milling, grinding, dll.

2. Non-traditional machining : chemical machining, ECM, EDM, EBM,

LBM, machining dari material non-metallic (Gao, 2005).

20

Proses pemesinan merupakan proses yang banyak digunakan untuk proses

pembentukan produk, hal ini dikarenakan proses pemesinan memiliki

keunggulan – keunggulan dibanding dengan proses pembentukan lainnya

(casting, powder metallurgy, bulk deformation). Jenis proses pemesinan

beserta prinsip kerjanya proses pemesinan (Kalpakjian, 1995) merupakan

proses manufaktur dimana objek dibentuk dengan cara membuang atau

menghilangkan sebagian material dari benda kerjanya. Tujuan digunakan

proses pemesinan ialah untuk mendapatkan akurasi dibandingkan proses –

proses yang lain seperti proses pengecoran, pembentukan dan juga untuk

memberikan bentuk bagian dalam dari suatu objek tertentu. Adapun jenis –

jenis proses pemesinan yang banyak digunakan adalah : proses bubut :

(turning), proses menyekrap (shaping dan planing), proses pembuatan lubang

(drilling), proses mengefrais (milling), proses menggerinda (grinding), proses

menggergaji (sawing) dan proses memperbesar lubang (boring) (Harun, 1990).

G. Mesin Frais (Milling Machine)

Proses pemesinan frais adalah proses penyayatan benda kerja dengan alat

potong dengan mata potong jamak yang berputar. Proses penyayatan dengan

gigi potong yang banyak yang mengitari pahat ini bisa menghasilkan proses

pemesinan lebih cepat. Dalam pemotongan pisau frais dipengaruhi oleh

beberapa faktor, antara lain : penampang geram dan gaya potong spesifik

(Rochim, 1993). Permukaan yang disayat bisa berbentuk datar, menyudut, atau

melengkung. Permukaan benda kerja bisa juga berbentuk kombinasi dari

21

beberapa bentuk. Mesin yang digunakan untuk memegang benda kerja,

memutar pahat dan penyayatannya disebut frais (R.Thomas Wringt, 1990).

1. Macam – macam mesin frais (Milling Machine)

a. Mesin Frais Horizontal

Mesin ini dibentuk sedemikian rupa sehingga meja kerja dapat

digerakkan longitudinal maju mundur, secara manual maupun

otomatis. Kedudukan sumbunya (spindel) kearah datar (horizontal).

Mesin frais horizontal, alasnya (base) dari besi tuang kelabu yang

mendukung seluruh komponen dan dibaut fondasi serta berfungsi untuk

menampung cairan pendingin yang mengalir kebawah, dimana di

dalam kolom (Coloumn) terdapat mesin pompa yang memompa cairan

tersebut untuk kemudian disirkulasi lagi ke atas meja (table). Pada

bagian kolom yang mendukung seluruh rangka terdapat kotak roda gigi

kecepatan, motor dengan sabuk transmisi. Kolom ini adalah merupakan

komponen utama mesin frais yang berbentuk box dimana lengan mesin

(overarm) dan spindel tempat memasang poros arbor.

22

Gambar 2.3 Mesin Frais Horizontal

Sumber : Afdlolludin. 2014. Mesin bubut, Mesin Sekrap, Mesin Frais.

Blogspot.co.id (diakses 01 Agustus 2014)

b. Mesin Frais Vertikal

Sesuai dengan namanya yang dimaksud vertikal sebenernya adalah

poros spindelnya yang dikonstruksikan dalam posisi tegak. Semua

bagian yang terdapat pada mesin frais tegak sama seperti pada mesin

frais horizontal hanya saja posisi spindelnya tegak. Kepala mesin yang

tegak dapat diputar ke kiri dan ke kanan serta dapat digerakkan naik,

sehingga mesin dapat digunakan untuk membuat benda kerja yang tidak

dapat dilakukan dengan mesin frais datar. Mesin frais jenis vertikal

sangat sesuai untuk membuat bentuk alur ekor burung (dovetail), alur

tanpa ujung (blind slot), dan alur T.

23

Gambar 2.4 Mesin Frais Vertikal



c. Mesin Frais Universal

Konstruksi mesin frais universal tidak berbeda dengan mesin frais

datar, perbedaannya hanya terletak pada mejanya. Mesin frais dapat

digeser (diputar) sehingga membentuk sudut (swivel), disamping dapat

bergeraj mendatar dan tegak. Oleh karena itu mesin frais universal

sering digunakan untuk membuat benda kerja roda gigi spiral (heliks).

Sumbu utama (spindel) gabungan bidang vertikal dan horizontal.

Jadi mesin frais universal adalah salah satu jenis mesin frais yang dapat

digunakan pada posisi tegak (vertikal) dan mendatar (horizontal) dan

memiliki meja yang dapat digeser/diputar pada kapasitas tertentu.

24

Gambar 2.5 Mesin Frais Universal



2. Prinsip Kerja Mesin Frais (milling machine)

Tenaga untuk pemotongan berasal dari energi listrik yang diubah menjadi

gerak utama oleh sebuah motor listrik, selanjutnya gerakan utama tersebut

akan diteruskan melalui suatu transmisi untuk menghasilkan gerakan putar

pada spindel mesin frais. Spindel mesin frais adalah bagian dari sistem

utama mesin frais yang bertugas untuk memegang dan memutar cutter

hingga menghasilkan putaran atau gerakan pemotongan. Gerakan

pemotongan pada cutter jika dikenakan pada benda kerja yang telah

dicekam maka akan terjadi gesekan/tabrakan sehingga akan menghasilkan

pemotongan pada bagian benda kerja, hal ini dapat terjadi karena material

25

penyusun cutter mempunyai kekerasan di atas kekerasan benda kerja. Pada

mesin frais terdapat dua jenis pemakanan yaitu :

a. Up Milling

Arah gerak potong yang dilakukan pahat berlawanan arah dengan arah

gerak makan yang dilakukan oleh benda kerja. Tiap gigi dari pahat frais

memotong dengan arah keluar mulai dari permukaan yang dikehendaki

sampai permukaan benda kerja. Pada pengefraisan ini pemotongan

diawali dengan geram yang tipis. Metoda ini dipakai pada semua mesin

frais.

Gambar 2.6 Proses Up Milling

Sumber : http://ikawibowo11tp3.blogspot.co.id/ (diakses 01 Agustus 2014).

b. Down Milling

Arah gerak potong yang dilakukan pahat searah dengan gerak makan

yang dilakukan benda kerja. Tiap pahat frais memotong dengan arah

kedalam mulai dari permukaan benda kerja hingga permukaan yang

dinginkan. Gerak potong cenderung untuk menarik benda kerja ke

dalam pahat frais. Karena hal tersebut, maka hanya mesin yang

mempunyai alat pengatur keregangan yang dapat memakai metoda

pemotongan ini.

26

Gambar 2.7 Proses Down Milling

Sumber : http://ikawibowo11tp3.blogspot.co.id/ (diakses 01 Agustus 2014).

3. Bagian-bagian Mesin Frais

Mesin frais memiliki beberapa bagian, diantaranya sebagai berikut:

a. Spindel utama

Merupakan bagian yang terpenting dari mesin milling (Frais). Tempat

untuk mencekam alat potong.

b. Meja / table

Merupakan bagian mesin milling, tempat untuk clamping device atau

benda kerja.

c. Motor drive

Merupakan bagian mesin yang berfungsi menggerakkan bagian-bagian

mesin yang lain seperti spindel utama, meja (feeding) dan pendingin

(cooling).

d. Transmisi

Merupakan bagian mesin yang menghubungkan motor penggerak

dengan yang digerakkan.

27

e. Knee

Merupakan bagian mesin untuk menopang/menahan meja mesin. Pada

bagian ini terdapat transmisi gerakan pemakanan (feeding).

f. Column/tiang

Merupakan bagian dari mesin. Tempat menempelnya bagian-bagian

mesin yang lain.

g. Base/dasar

Merupakan bagian bawah dari mesin milling (Frais). Bagian yang

menopang badan/tiang. Tempat cairan pendingin.

h. Control

Merupakan pengatur dari bagian-bagian mesin yang bergerak.

4. Kecepatan Potong dan Pemakanan

Keberhasilan pemotongan dengan mesin frais dipengaruhi oleh

kemampuan pemotongan alat potong dan mesin. Kemampuan tersebut

menyangkut kecepatan potong dan pemakanan. Kecepatan potong pada

mesin frais dapat didefenisikan sebagai panjangnya bram yang terpotong

oleh satu mata potong pisau frais dalam satu menit. Kecepatan potong

untuk tiap-tiap bahan tidak sama. Umumnya makin keras bahan, maka kecil

harga kecepatan potongnya dan juga sebaliknya. Kecepatan potong dalam

pengfraisan ditentukan berdasarkan harga kecepatan potong menurut bahan

dan diameter pisau frais. Jika pisau frais mempunyai diameter 100 mm

maka satu putaran penuh menempuh jarak p x d = 3.14 x 100 = 314 mm.

Jarak ini disebut jarak keliling yang ditempuh oleh mata pisau frais. Bila

28

pisau frais berputar (n) putaran dalam satu menit, maka jarak yang

ditempuh oleh mata pisau frais menjadi p x d x n. Jarak yang ditempuh

mata pisau dalam satu menit disebut juga dengan kecepatan potong (V)

(Chang – Xue, 2002).

Elemen dasar dari proses frais dapat diketahui atau dihitung dengan

menggunakan rumus yang dapat diturunkan dari kondisi pemotongan

ditentukan sebagai berikut :

Benda kerja : w = lebar pemotongan

lw = panjang pemotongan

a = kedalaman potong

Pahat frais : d = diameter luar

z = jumlag gigi (mata potong)

kr = sudut potong utama

90o untuk pahat frais selubung.

Mesin Frais : n = putaran poros utama

Vr = kecepatan makan

Elemen dasar pada mesin frais dapat dihitung dengan rumus sebagai

berikut :

a. Kecepatan potong

Vc =. .

; m/min . . . . . . (1)

b. Gerak makan pergigi

Fz = Vf / (z n) ; min . . . . . . (2)

29

c. Waktu pemotongsan

tc = lt / Vf ; min . . . . . . (3)

dimana :

lt = lv + lw + ln ; mm,

lv = ( − ) ; untuk mengfrais datar

lv ≥ 0 ; untuk mengfrais tegak

ln ≥ 0 ; untuk mengfrais datar

ln = d / 2 ; untuk mengfrais tegak

d. Kecepatan menghasilkan geram

Z =. .

; cm3 / min . . . . . . (4)

Tabel 2.5 Tabel Kecepatan Potong Untuk Beberapa Jenis Bahan

Bahan Cutter HSS Cutter Karbida

Halus Kasar Halus Kasar

Baja Perkakas 75-100 25-45 185-230 110-140

Baja Karbon

Rendah

70-90 25-40 170-215 90-120

Baja Karbon

Menengah

60-85 20-40 140-185 75-110

Besi Cor

Kelabu

40-45 25-30 110-140 60-75

Kuningan 85-110 45-75 185-215 120-150

Alumunium 70-110 30-40 140-215 60-90

Sumber : Fadly Bachtiar, 2011

30

5. Macam-macam pisau frais

Hasil-hasil bentuk dari pekerjaan mesin frais tergantung daro bentuk pisau

frais yang digunakan, karena bentuk utama frais tidak berubah walaupun

sudah diasah, jadi tidak seperti pahat bubut yang disesuaikan menurut

kebutuhan dan disamping bentuk-bentuk yang sudah tetap frais itu

sekelilingnyamempunyai gigi yang berperan sebagai mata pemotongnya.

Pada lubangnya terdapat alur untuk kedudukan pasak agar pisau frais tidak

ikut berputar. Bahan pisau frais umumnya terbuat dari HSS, atau Karbida.

a. Cutter Mantel

Cutter jenis ini dipakai untuk mesin frais horizontal.

Gambar 2.8 Cutter Mantel

Sumber : Fadlybachtiar. 2011. Mesin Frais. Blogspot.co.id (diakses 01 Agustus 2014)

b. Cutter Alur Cutter

Digunakan untuk membuat alur-alur pada batang atau permukaan

benda lainnya.

31

Gambar 2.9 Cutter Alur Cutter


c. Cutter Modul

Cutter in dalam satu set terdapat 8 buah. Cutter ini dipakai untuk

membuat roda-roda gigi.

Gambar 2.10 Cutter Modul


d. Cutter Radius Cekung

Cutter ini dipakai untuk membuat benda kerja yang bentuknya

memiliki radius dalam (cekung).

32

Gambar 2.11 Cutter Radius Cekung


e. Cutter Radius Cembung

Cutter ini dipakai untuk membuat benda kerja yang bentuknya

memiliki radius luar (cembung).

Gambar 2.12 Cutter Radius Cembung


f. Cutter Alur T

Alat ini hanya digunakan untuk membuat alur bentuk “T” seperti

halnya pada meja mesin frais.

33

Gambar 2.13 Cutter Alur T


g. Cutter Ekor Burung

Cutter ini dipakai untuk membuat alur ekor burung. Cutter ini sudut

kemiringannya terletak pada sudut-sudut istimewa yaitu : 30o, 45o, 60o

Gambar 2.14 Cutter Ekor Burung


h. Cutter Endmill

Ukuran Cutter ini sangat bervariasi mulai ukuran kecil sampai ukuran

besar. Cutter ini biasanya dipakai untuk membuat alur pasak dan ini

hanya dapat dipasang pada mesin frais vertical.

34

Gambar 2.15 Cutter Endmill


6. Jenis Pahat Potong pada Mesin Frais

Pada Mesin Frais terdapat beberapa jenis pahat potong, diantaranya yaitu

adalah :

a. Mata pahat rata (plainmill) dengan bentuk gigi datar dan helika, untuk

memotong atau menghasilkan permukaan yang rata.

b. Sidemill, untuk memotong celah, permukaan dan frais parit.

c. Anglemill, untuk memfrais permukaan dengan membentuk sudut

dengan kemiringan tertentu.

d. Endmill dan Shank, untuk memotong atau memfrais ujung benda kerja.

e. Shotting, untuk membuat alur.

f. Staggered Tooth, untuk membuat slot atau celah.

g. T-slotmill, untuk membuatu celah.

h. Dove Tailmill, untuk membuat luncuran-luncuran mesin dan dibuat

dengan sudut 45o, 60o, 90o (Harrison, 2004).

35

H. Keausan Pada Pahat

Keausan didefenisikan oleh ASTM sebagai kerusakan permukaan benda yang

secara umum berhubungan dengan peningkatan hilangnya material yang

disebabkan oleh pergerakan relatif benda dan sebuah substansi kontak. Pada

pengertian yang lebih luas, keausan adalah kerusakan permukaan atau kontak

material dari satu atau kedua permukaan secara rolling, relative sliding, atau

gerakan yang menghentak (impact motion).

Selama proses pembentukan geram berlangsung, pahat dapat mengalami

kegagalan dari fungsinya karena berbagai sebab antara lain (Rochim, 1993) :

1. Keausan yang secara bertahap membesar (tumbuh) pada bidang aktif pahat.

2. Retak yang menjalar sehingga meniimbulkan patahan pada mata potong

pahat.

3. Deformasi plastik yang akan mengubah bentuk/geometri pahat.

Jenis kerusakan yang terakhir diatas jelas disebabkan tekanan temperatur yang

tinggi pada bidang aktif pahat dimana kekerasan dan kekuatan material pahat

akan turun bersama dengan naiknya temperatur. Keausan dapat terjadi pada

bidang geram dan / atau pada bidang utama pahat. Karena bentuk dan letaknya

yang spesifik, keausan pada bidang geram disebut dengan keausan kawah

(crater wear) dan keausan pada bidang utama dinamakan sebagai keausan tepi

(flank wear).

a. Aus tepi (flank wear)

Aus tepi adalah bentuk aus pada sisi (flank) pahat potong disebabkan

perubahan bentuk radius ujung pahat oleh gesekan antara permukaan

36

pemesinan benda kerja dengan sisi pahat karena kekakuan benda kerja.

Bidang aus didasarkan pada tebal bidang aus (flank wear land), harus

sejajar terhadap resultan arah potong. Tebal bidang aus merupakan ukuran

dari besarnya aus sisi. Bentuk aus sisi pengukurannya ditentukan sesuai

standar ISO 3685-1977 seperti gambar di bawah ini :

Gambar 2.16 Bentuk aus sesuai standar ISO 3685-1977

Sumber : Kalpakjian, S. Manufacturing Engineering and Technology, 3rd Ed. Addison –

Wesley Publishing Company, 1995.

b. Crater Wear (Keausan Kawah)

Crater merupakan keausan pahat yang berbentuk seperti kawah atau

lubang, lokasinya dimulai dari beberapa jarak dari tepi potong sampai area

kontak geram. Jika keausan ini semakin lama semakin bertambah, crater

menjadi makin lebar, panjang, dan dalam, bahkan bisa mencapai tepi pahat.

Crater menyebabkan tepi potong pahat menjadi lemah dan rusak. Keausan

jenis ini lebih cepat terjadi pada pahat dengan material ulet (Viktor, 2008).

Di bawah ini merupakan tabel rata-rata keausan yang diizinkan untuk alat

potong dalam berbagai pengerjaan.

37

Tabel 2.6 Rata-rata keausan yang diizinkan untuk alat potong dalam

berbagai pengerjaan.

Rata-rata keausan yang diizinkan untuk alat potong dalam

berbagai pengerjaan

Keausan yang diizinkan (mm)

Pengerjaan High-Speed Steels Carbide

Turning 1.5 0.4

Face milling 1.5 0.4

End milling 0.3 0.3

Drilling 0.4 0.4

Sumber : Kalpakjian, 1991

I. Suhu pemesinan

Dalam proses pemesinan, suhu dalam pemotongan logam sangatlah penting.

Contohnya, suhu pada bidang geser sangat penting pengaruhnya terhadap

tegangan alir dan karena itu memiliki pengaruh besar terhadap suhu pada muka

pahat dan permukaan sayatan. Suhu pada muka alat juga memainkan peran

utama relatif terhadap ukuran dan stabilitas Built-up Edge (BUE) tersebut.

Suhu lingkungan kerja yang mendekati zona pemotongan juga penting karena

secara langsung dapat mempengaruhi suhu pada bidang geser, muka pahat dan

permukaan sayatan. Energi yang digunakan dalam pemesinan terkonsentrasi

pada suatu kawasan yang sangat kecil. Hanya sebagian dari energi ini yang

tersimpan dalam benda kerja dan pahat dalam bentuk kerapatan dislokasi yang

38

meningkat, sedangkan sebagian besar energi lainnya diubah menjadi panas.

Pemesinan pada dasarnya memanfaatkan energi dari gerakan mekanik yang

diubah menjadi energi panas yang digunakan untuk memotong benda kerja.

Gambar 2.17 Area distribusi suhu pada pahat potong

Sumber : Kalpakjian, Serope. 1992. Manufacturing Engineering and Technology 2nd

Edition. Addison Publishing Companya Inc. California.

Tansfer energi panas yang dibutuhkan untuk memotong benda kerja

disesuaikan agar dapat terjadi pemotongan dengan memanfaatkan energi panas

yang dihasilkan dari pergerakan makan pahat. Karena kawasan pemotongan

terus bergerak pada benda kerja maka tingkat pemanasan di depan alat menjadi

kecil dan setidaknya pada kecepatan potong yang tinggi sebagian besar panas

(lebih dari 80%) terbawa oleh geram (Shaw, 1984). Pada gambar 2.17

memperlihatkan luas distribusi suhu pahat potong. Karena sumber panas dalam

pemesinan terkonsentrasi di area geser utama dan pada permukaan pahat –

geram. Jelas terlihat pada bahwa pola suhu tergantung pada beberapa faktor

yang berkaitan dengan sifat material dan kondisi pemotongan, termasuk jenis

cairan pemotongan apabila digunakan dalam proses pemotongan. Berbeda

39

menurut Shaw (1984), diperkirakan 90% dari energi yang dikeluarkan terbawa

oleh geram selama proses pemesinan berlangsung (Kalpakjian, 1992).

Hampir semua energi mekanik terkait dengan pembentukan geram berakhir

sebagai energi panas. salah satu pengukuran pertama setara mekanik panas ( J

) dibuat oleh benjamin Thomson (lebih dikenal sebagai Count Rumford).

Rumford (1799) mengukur bahwa panas berkembang selama proses

pengeboran kuningan meriam di Bavaria. Ia mengamati benda kerja, alat, dan

geram dalam jumlah air yang diketahui dan diukur kenaikan suhu yang sesuai

dengan input yang diukur dari energi mekanik. Percobaan ini tidak hanya

memberikan pendekatan yang baik terhadap setara mekanik panas yang berdiri

sebagai nilai yang diterima selama beberapa dekade, tetapi juga memberikan

wawasan baru ke dalam sifat energi panas pada saat kebanyakan orang percaya

bahwa panas adalah bentuk khusus dari cairan yang disebut " kalori ". Itu juga

diketahui bahwa beberapa energi yang berkaitan dengan deformasi plastik tetap

dalam deformasi material.

(Taylor,1934; Quinney,1937) menggunakan teknik kalori metrik yang sangat

akurat untuk mengukur energi sisa yang terjadi ketika batang logam yang

mengalami deformasi torsi. Ditemukan bahwa persentase energi deformasi

ditahan oleh bar menurun seiring dengan peningkatan energi regangan yang

terlibat. Ketika hasil ini diekstrapolasi terhadap tingkat tegangan energi dalam

pembentukan geram, diperkirakan bahwa energi yang tidak diubah menjadi

energi panas hanya antara 1 dan 3 persen dari total energi pemotongan.

marshall dkk (1953) secara langsung mengukur energi yang tersimpan dalam

sisa logam geram pemotongan dan Titchener (1974) telah membahas energi

40

yang tersimpan dalam benda dalam bentuk deformasi plastis dari titik pandang

yang luas (Shaw, 1984).

Pada gambar 2.18 menunjukkan distribusi energi, yang dimana persentase dari

total energi akan meningkat pada geram seiring dengan naiknya kecepatan

potong meskipun persentase energi pada alat dan benda kerja akan menurun.

Pada kecepatan potong yang sangat tinggi, hampir semua energi yang

dihasilkan akan terbawa pada geram, dan sebagian kecil energi berada pada

benda kerja dan alat potong(Crookal. J. R and Milton C. Shaw, 1984).

Gambar 2.18 Variasi distribusi energi dengan kecepatan potong untuk kondisi

pemotongan.

Sumber : Crookal. J. R and Milton C. Shaw. 1984. Metal Cutting Principle. Oxford.

Newyork.

J. Pemesinan Magnesium

Ada dua perhatian utama dalam pemesinan magnesium yaitu resiko kebakaran

dan pembentukan Built-up Edge (BUE). Magnesium terbakar jika dipanaskan

41

sampai suhu lelehnya. Dalam pemesinan magnesium, api sangat mungkin

terjadi jika geram tipis atau halus dengan perbandingan luas permukaan

terhadap volume yang tinggi dihasilkan dan dibiarkan menumpuk. Sumber

penyalaan mungkin juga pemanasan gesekan disebabkan pahat tumpul, rusak,

diasah secara salah atau dibiarkan berhenti sebentar pada akhir pemotongan.

Untuk meminimumkan resiko kebakaran, praktek-praktek berikut harus

diperhatikan :

1. Pahat yang tajam dengan sudut relief sebesar mungkin.

2. Kecepatan makan yang besar harus digunakan.

3. Secepatnya pahat dijauhkan dari benda kerja jika pemotongan berakhir.

4. Geram-geram harus sering dikumpulkan dan dibuang.

5. Menggunakan pendingin yang tepat pada pemesinan kecepatan makan dan

kedalaman potong sangat kecil.

Karena geram magnesium bereaksi dengan air dan membentuk magnesium

hidroksida dan gas hidrogen bebas, pendingin berbasis air harus dihindarkan.

Praktek yang diterima adalah pemotongan kering dan menggunakan pendingin

minyak mineral bila perlu. Pemesinan kering komponen magnesium dalam

volume besar menimbulkan masalah pemeliharaan kebersihan terutama untuk

proses gurdi dan pengetapan yang menghasilkan geram halus.

Pada saat ini pendingin berbasis air yang menghasilkan sedikit hidrogen ketika

bereaksi dengan magnesiumi. Dilaporkan juga pendingin ini dapat

meningkatkan umur pahat dan mengurangi resiko kebakaran dibandingkan

pemesinan kering. Namun masalah pembuangan limbah cairan pendingin tetap

menjadi masalah. Bila dibuang begitu saja jelas dapat mencemari lingkungan.

42

Sebaliknya bila limbah diolah sebelum dibuang jelas akan memerlukan biaya

yang cukup besar (Dow Chemical, 1982).

Pembentukan Built-Up Edge (BUE) diamati ketika pemesinan kering paduan

Mg-Al cor dengan pahat Baja Kecepatan Tinggi (HSS) atau Karbida.

Pembentukan Built-Up Edge (BUE) dapat dikurangi atau dihilangkan dengan

pemakaian pendingin minyak mineral atau penggantian dengan pahat intan.

Jelas pemakaian pendingin minyak mineral akan mencemari lingkungan

sedangkan pemakaian pahat intan akan menaikkan biaya produksi (Videm dkk,

1994; Tomac dan Tonnessen, 1992).

Terdapat Beberapa penelitian magnesium yang dilakukan untuk mengetahui

sifat mekanik dan metalurgi. Misalnya pada penelitian yang dilakukan oleh

Bruni, dkk (2004) yang bertujuan untuk mengetahui pengaruh beban tarik dan

temperatur terhadap perubahan mikrostruktur paduan magnesium AZ31. Pada

penelitian ini diketahui bahwa perubahan mikrostruktur terjadi seiring dengan

meningkatnya temperatur dan menurunnya beban tarik. Permukaan

magnesium hasil pemotongan memiliki permukaan yang kasar jika suhu

pemotongan semakin tinggi. Penelitian mengenai magnesium meski sedikit

seperti yang dilakukan oleh Fang, dkk (2002) bertujuan untuk mengetahui

pengaruh temperatur sisi (flank temperature) selama proses pemotongan

paduan magnesium dengan menggunakan kecepatan tinggi (High

speed)terhadap kemungkinan terjadinya kebakaran pada paduan magnesium.

Hal itu dapat diketahui dengan melakukan pemotongan terhadap paduan

magnesium dengan berbagai kondisi temperatur dan melihat hasil uji SEM

pada serpihan hasil pemotongan paduan magnesium. Hasilnya dapat diketahui

43

bahwa di bawah suhu 302oC tidak ditemukan adanya titik nyala api pada

serpihan.

Penelitian lain adalah yang dilakukan oleh Buldum, dkk (2011) yang bertujuan

mengetahui bagaimana kemampumesian (machinability) dari magnesium

dalam proses pemesinan yaitu pembubutan (turning), frais (milling), dan

pengeboran. Dalam penelitiannya Buldum, dkk merekomendasikan

penggunaan kecepatan potong yang lebih rendah jika dibandingkan dengan

kecepatan potong yang digunakan pada pemotongan magnesium. Peningkatan

kecepatan potong akan mengakibatkan temperatur permukaan benda kerja

meningkat dan geram yang dihasilkan ketebalannya akan lebih rendah.

Semakin rendah kecepatan potong makan geram akan semakin besar dan

temperatur permukaan benda kerja juga akan rendah.

Kata magnesium berasal dari kata Yunani “Magnesia”, …digilib.unila.ac.id/16301/111/BAB...

Documents

Transcript of Kata magnesium berasal dari kata Yunani “Magnesia”, …digilib.unila.ac.id/16301/111/BAB...